새로운 행성계 형성 과정 발견

천문학자들은 최근 행성계 형성 초기 단계를 관측했습니다. 이 관측 결과에 따르면, 초기 형성된 행성들이 중심 별 주변에 자리를 잡으면, 이 행성들이 더 멀리 있는 새로운 행성의 형성을 촉진한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 도미노 효과와 유사하게, 하나의 행성이 형성되면 그 다음 행성의 형성을 촉발하는 연쇄적인 과정입니다.

현재까지 5천 개 이상의 행성계가 발견되었으며, 그 중 1천 개 이상의 행성계에서 다중 행성계의 존재가 확인되었습니다. 행성들은 젊은 별 주위의 가스와 먼지로 이루어진 원시행성 원반에서 형성됩니다. 그러나 우리 태양계와 같은 다중 행성계의 형성 과정은 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다.

다중 행성계 형성 과정을 연구하기 위한 최적의 천체는 켄타우루스자리 방향으로 367광년 떨어져 있는 젊은 별 PDS 70입니다. 이 천체는 원시행성 원반 내부에서 이미 형성된 행성이 광학 및 적외선 관측으로 확인된 유일한 천체입니다. 이전에 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파 간섭계(ALMA)를 이용한 전파 관측으로 두 개의 알려진 행성 궤도 바깥쪽에 먼지 입자의 고리가 발견되었지만, 이 관측으로는 고리 내부의 세부적인 구조를 파악할 수 없었습니다.

이번 연구에서, 국제 연구팀은 ALMA를 이용하여 PDS 70 주변의 원시행성 원반을 보다 높은 해상도로 관측했습니다. 연구팀은 더 긴 파장의 전파를 관측했는데, 이는 더 긴 파장이 원시행성 원반의 먼지 구름을 더 잘 투과할 수 있기 때문입니다.

 

 

행성계 형성의 새로운 발견: 도미노 효과

지금까지 5,000개 이상의 행성계가 발견되었고, 그 중 1,000개 이상은 여러 개의 행성을 거느리고 있는 것으로 확인되었습니다. 행성들은 젊은 별 주위의 원반, 즉 원시 행성계 원반이라 불리는 가스와 먼지 구름 속에서 형성됩니다. 하지만 우리 태양계와 같은 다중 행성계의 형성 과정은 여전히 명확하게 밝혀지지 않았습니다.

 

 

 

PDS 70: 다중 행성계 형성 연구의 핵심

다중 행성계 형성을 연구하기에 가장 적합한 대상은 센타우루스 자리 방향으로 367광년 떨어진 곳에 위치한 PDS 70이라는 젊은 별입니다. 이 천체는 광학 및 적외선 관측을 통해 원시 행성계 원반 내에서 이미 형성된 행성들이 확인된 유일한 사례입니다. 이전의 전파 관측, 특히 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체(ALMA)를 이용한 관측에서는 이미 알려진 두 행성의 궤도 바깥에 먼지 알갱이로 이루어진 고리가 있다는 것을 밝혀냈지만, 고리 내부의 세부적인 모습은 관측할 수 없었습니다.

 

 

 

ALMA의 새로운 관측: 행성 형성의 도미노 효과 입증

새로운 ALMA 관측 결과는 기존 두 행성의 궤도 바깥 고리에서 북서쪽(오른쪽 위)에 먼지 알갱이가 집중되어 있는 것을 명확하게 보여줍니다. 이 먼지 덩어리의 위치는 이미 형성된 행성들이 주변 원반과 상호 작용하여 먼지 알갱이들을 궤도 바깥쪽 가장자리의 좁은 영역으로 모으는 것을 암시합니다. 이렇게 뭉쳐진 먼지 알갱이들은 새로운 행성으로 성장할 것으로 여겨집니다. 이러한 관측은 태양계와 같은 행성계의 형성이 마치 도미노가 차례로 넘어지듯이, 안쪽에서 바깥쪽으로 행성들이 순차적으로 형성되는 과정을 통해 설명될 수 있음을 보여줍니다. 즉, 하나의 행성이 다음 행성의 형성을 유도하는 방식으로, 각 행성이 마치 도미노처럼 다음 행성 형성을 촉발하는 것입니다. 새로운 전파 천문학 관측은 중심별 가까이에서 첫 번째 행성이 형성되면, 이 행성들이 물질을 모아 더 바깥쪽에서 새로운 행성을 형성하는 데 도움을 줄 수 있음을 보여줍니다.

 

 

PDS 70 원시 행성계 원반의 고해상도 관측

국립천문대(NAOJ)/종합연구대학원(SOKENDAI) 박사 과정 출신이자 현재 막스 플랑크 천문학 연구소의 박사후 연구원인 도이 키요아키가 이끄는 국제 연구팀은 PDS 70 주변의 원시 행성계 원반에 대한 고해상도 관측을 수행했습니다. 연구팀은 이전과 마찬가지로 ALMA를 사용했지만, 더 긴 파장의 전파를 관측에 활용했습니다. 이는 긴 파장이 원시 행성계 원반의 먼지 구름 속을 더 잘 들여다볼 수 있기 때문입니다.

 

 

 

새로운 ALMA 관측 결과: 먼지 알갱이의 집중과 행성 형성의 연쇄 작용

새로운 ALMA 관측 결과는 기존 두 행성의 궤도 바깥 고리에서 북서쪽(오른쪽 위)에 먼지 알갱이가 집중되어 있는 것을 명확하게 보여줍니다. 이러한 먼지 덩어리의 위치는 이미 형성된 행성들이 주변 원반과 상호 작용하여 먼지 알갱이들을 궤도 바깥쪽 가장자리의 좁은 영역으로 모으는 것을 시사합니다. 이렇게 뭉쳐진 먼지 알갱이들은 새로운 행성으로 성장할 것으로 추정됩니다. 이 연구는 태양계와 같은 행성계의 형성이 안쪽에서 바깥쪽으로 행성들이 순차적으로 형성되는 과정을 통해 설명될 수 있음을 관측적으로 보여줍니다. 마치 도미노가 차례로 넘어지듯이, 하나의 행성이 다음 행성의 형성을 유도하는 방식으로, 각 행성이 다음 행성 형성을 촉발하는 연쇄 작용이 일어나는 것입니다. 즉, 이미 형성된 행성들이 주변의 물질을 모아 다음 세대의 행성 형성을 돕는 역할을 하는 것으로 해석할 수 있습니다. 긴 파장의 전파를 활용한 이번 관측은 이전 관측에서 보지 못했던 원반 내부의 세밀한 구조를 드러내면서, 행성 형성 과정에 대한 중요한 단서를 제공합니다.